【摘要】：礦井突水災(zāi)害嚴重威脅了我國煤礦的安全生產(chǎn),斷層活化突水是礦井突水事故的主要形式之一。斷層破碎巖體在采動影響下發(fā)生剪切變形并與采動裂隙導通,從而誘發(fā)斷層突水事故。本文運用理論分析、實驗測試、數(shù)值模擬等手段,系統(tǒng)地研究了斷層中破碎巖體在剪切變形中滲透性參量的變化規(guī)律及內(nèi)在機理,分析了斷層中滲流場演化規(guī)律以及充填物剪切破壞引起斷層活化突水的機理,取得了如下主要成果:(1)研制了一套統(tǒng)由剪切加載系統(tǒng)、滲透回路、圍壓回路和測量系統(tǒng)構(gòu)成的破碎巖石剪切-滲流耦合試驗臺,并提出了相應(yīng)的試驗方法。(2)通過破碎巖石的剪切-滲流耦合試驗,得到了圍壓、顆粒級配(Talbot指數(shù))和初始孔隙率對破碎巖石剪切變形和滲透性參量的影響規(guī)律。(3)建立了煤層底板充填斷層的力學模型,分析了斷層突水通道的形成條件,并分析了斷層突水的影響因素。(4)根據(jù)試驗和數(shù)值模擬結(jié)果提出破碎巖體的應(yīng)力-滲透率關(guān)系,并利用FLAC~(3D)構(gòu)建了不同水文地質(zhì)條件下含斷層開采的數(shù)值模型,分析了采動過程中斷層應(yīng)力場及滲流場演化特征,得到了工作面推進過程中斷層圍巖應(yīng)力場、位移場、塑性區(qū)、滲流場的影響,并分析了斷層充填破碎巖體的顆粒級配和初始孔隙度對滲流場的演化規(guī)律,提出了關(guān)于斷層活化突水的前兆規(guī)律與預防措施。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD745.2
【圖文】：

Crushed Rock under Shear Action破碎巖石在壓剪條件下的變形和滲流特征是本文研究的基礎(chǔ)。本章將根據(jù)對工程中破碎巖體的分析在實驗室內(nèi)制作相似材料，同時研制可進行剪切條件下破碎巖石滲流的實驗裝置，研究破碎巖石屬性對滲透性和剪切變形的影響。2.1 工程破碎巖體特征（Characteristics of Engineering CrusheRock）工程中破碎巖體多富集在地質(zhì)結(jié)構(gòu)體中，例如斷層。斷層容易在外部擾動下發(fā)生活化，斷層活化的主要誘因是應(yīng)力場的改變和充填物物理力學性質(zhì)的改變其中充填物的物理力學性質(zhì)是斷層是否活化的重要內(nèi)因，同時充填物的孔隙率也直接影響其滲透能力，影響斷層的活化。因此，了解斷層充填物的形成機制和特征是研究破碎巖體形成的基礎(chǔ)和重點。斷層形成后基巖破碎，破碎后的巖石顆粒會隨著斷層形成的過程發(fā)生擠壓破碎和重排列，如圖所示為斷層形成過程中不同階段的充填物顆粒示意圖。

2.0-4.0mm 4.0-6.0mm圖 2-3 破碎巖石顆粒Figure 2-3 Broken rock particles混合破碎巖石，利用得到的 5 組單一粒徑顆粒按照一定的試樣。衡量顆粒配比最常用的方法是 Talbot 級配法，即混占的比重符合以下關(guān)系：100 100niidpD % Talbot 冪指數(shù)，ip 為顆粒粒徑小于id 的顆粒所占的比重，大顆粒的粒徑。根據(jù)式(2-1)得到的混合破碎巖石根據(jù) Talb序編號，每一個Talbot冪指數(shù)配制3組試樣，實驗結(jié)果取平 0.1，0.3，0.5，0.7 和 0.9 的累計顆粒質(zhì)量曲線如圖 2-4 所

2.0-4.0mm 4.0-6.0mm圖 2-3 破碎巖石顆粒Figure 2-3 Broken rock particles合破碎巖石，利用得到的 5 組單一粒徑顆粒按照一定的比樣。衡量顆粒配比最常用的方法是 Talbot 級配法，即混合的比重符合以下關(guān)系：100 100niidpD % lbot 冪指數(shù)，ip 為顆粒粒徑小于id 的顆粒所占的比重，顆粒的粒徑。根據(jù)式(2-1)得到的混合破碎巖石根據(jù) Talbo編號，每一個Talbot冪指數(shù)配制3組試樣，實驗結(jié)果取平均1，0.3，0.5，0.7 和 0.9 的累計顆粒質(zhì)量曲線如圖 2-4 所

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張學朋;蔣宇靜;王剛;李天斌;;基于顆粒離散元模型的巖石蠕變模擬試驗[J];中南大學學報(自然科學版);2015年10期

2 陳家瑞;浦海;肖成;;基于分數(shù)階無網(wǎng)格法的巖石流變特性試驗研究[J];煤炭技術(shù);2015年10期

3 張偉杰;李術(shù)才;魏久傳;張慶松;張霄;謝道雷;;富水破碎巖體帷幕注漿模型試驗研究[J];巖土工程學報;2015年09期

4 蔣明鏡;陳賀;張寧;房銳;;含雙裂隙巖石裂紋演化機理的離散元數(shù)值分析[J];巖土力學;2014年11期

5 徐鵬;楊圣奇;陳國飛;;改進的巖石Burgers流變模型及其試驗驗證[J];煤炭學報;2014年10期

6 孫超;劉芳;蔣明鏡;陳賀;;巖石抗壓強度的尺寸效應(yīng)及端部約束的離散元數(shù)值模擬[J];巖石力學與工程學報;2014年S2期

7 孫田;陳國興;王炳輝;李小軍;;礫石顆粒形狀對砂礫土動剪切模量和阻尼比影響的試驗研究[J];巖石力學與工程學報;2014年S2期

8 涂勁松;蔡金龍;;破碎巖體流變特性及其應(yīng)用研究[J];中國安全生產(chǎn)科學技術(shù);2014年07期

9 楊圣奇;徐鵬;;一種新的巖石非線性流變損傷模型研究[J];巖土工程學報;2014年10期

10 楊圣奇;黃彥華;;雙孔洞裂隙砂巖裂紋擴展特征試驗與顆粒流模擬[J];應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學學報;2014年03期

本文編號：2750611